CN102607065B - 具有集成限流器和歧管密封件的燃气轮机燃烧器端盖组件 - Google Patents

具有集成限流器和歧管密封件的燃气轮机燃烧器端盖组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有集成限流器和歧管密封件的燃气轮机燃烧器端盖组件。一种用于涡轮燃烧器的、适于支承一个或多个燃烧器喷嘴(18)的端盖组件(26)包括基本平的板(28)，板(28)具有在使用中面向燃烧室的一侧和在使用中背向燃烧室的相反侧。至少一个燃料通道(32)延伸通过该基本平的板。燃料歧管端口块(36)固定到平板的相反侧上，至少一个端口(38)与该至少一个通道(32)对准。形成有多个流动孔口(48)的燃料限流器插件(42)位于平板和燃料歧管端口块之间与该至少一个燃料通道和该至少一个端口对准。

Description

具有集成限流器和歧管密封件的燃气轮机燃烧器端盖组件
技术领域
本发明大体涉及燃气轮机燃烧器，并且更具体而言，涉及用于燃气轮机燃烧器的前部端或上游端的新颖的端盖组件。
背景技术
在某些燃气轮机中，多个燃烧器在涡轮转子的周围布置成环形阵列，以为燃料提供燃烧，以及将充能的燃烧产物导引到涡轮区段中来驱动涡轮。各个燃烧器典型地包括外壳、流动套管和过渡件，外壳限定燃烧器的外部边界，流动套管用于将压缩机排出空气分配到燃烧系统的头部，同时还冷却封闭燃烧过程的衬套，过渡件用于使燃烧产物流到涡轮区段中。燃烧器还包括联接到端盖上的多个燃料喷嘴。空气和燃料通过端盖而供应到燃料喷嘴，以在衬套内燃烧。因而端盖起关闭燃烧器前部端以及将空气和燃料分配到燃料喷嘴的作用。
用于涡轮燃烧器系统的端盖设计典型地包括单独地安装各个燃料喷嘴的平板。在这种类型的现有端盖组件中，空气和燃料的内部通道位于燃料喷嘴中与端盖分离和分开。下一代的端盖提供在端盖的内部的空气和燃料通道。实现这一点来使各个端盖容纳多个喷嘴，而非像现有传统燃烧器那样每个端盖一个燃料喷嘴。虽然那个改变简化了燃料喷嘴且使得能够将多个燃料喷嘴安装到端盖上，但是为了提供空气和燃料歧管以及在端盖的外部提供用于端盖承载的燃料喷嘴的必要的多个通道，端盖的复杂性增加。诸如插件的额外部件是必要的，以使在端盖中提供复杂的通道是可行的。还包括铜焊接头，以密封这样的额外部件，包括端盖中的插件。接着是用于涡轮燃烧器的更下一代端盖。这些在端盖和它们的各种部件之间采用了甚至更复杂的铜焊接头。但是，在这些下一代端盖上观察到了铜焊接头的破裂。
某些现有端盖组件需要挤压气体流动孔口(在本文中也称为“限流器”，或“限流器插件”)，以及使气体流动孔口在燃烧器端盖板的“热侧”(暴露于燃烧室中的燃烧的那侧)上桩定(stake)就位。
仍然存在对这样的端盖组件的需要，其简化端盖结构和限流器的插入，并且还提供其它合乎需要的特征，包括密封，以防止经过限流器插件有泄漏。
发明内容
本发明主要涉及燃料限流器插件的使用和组装技术以及在燃烧器端盖组件中的有关密封。
在本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种用于涡轮燃烧器的、适于支承一个或多个燃烧器喷嘴的端盖组件，端盖组件包括：具有在使用中面向燃烧室的一侧和在使用中背向燃烧室的相反侧的基本平的板；延伸通过基本平的板的至少一个燃料通道；燃料歧管端口块，其固定到平板的相反侧上，至少一个端口与该至少一个通道对准；以及形成有多个流动孔口的燃料限流器插件，其位于平板和燃料歧管端口块之间与所述至少一个燃料通道和该至少一个端口对准。
在另一个示例性实施例中，本发明提供了一种用于涡轮燃烧器的、适于支承一个或多个燃烧器喷嘴的端盖组件，端盖组件包括：具有在使用中面向燃烧室的一侧和在使用中背向燃烧室的相反侧的基本平的端盖板；延伸通过基本平的端盖板的多个预混合燃料通道；燃料歧管端口块，其固定到基本平的端盖板的相反侧上，端口连接到多个通道中的各个上；以及形成有多个流动孔口的燃料限流器插件，其在端盖板中的各个预混合燃料通道和燃料歧管端口块中的各个端口之间的接口处固定到燃料歧管端口块上。
在另外的另一个示例性实施例中，本发明提供了一种用于涡轮燃烧器的适于支承一个或多个燃烧器喷嘴的端盖的歧管端口块，歧管端口块包括适于与端盖板中的通道对准的多个燃料通道，其中，形成有多个流动孔口的燃料限流器插件在适于与端盖板交接的侧上固定到燃料歧管端口块上。
现在将结合下面标识的图来描述本发明。
附图说明
图1是结合了现有燃烧器端盖组件的涡轮的示意图；
图2是根据本发明的一个示例性而非限制性实施例的端盖组件的透视图；
图3是图2的端盖组件的部分截面的侧视图；
图3A是从图3中移除的燃料限流器插件的侧视截面；
图4是根据本发明的另一个示例性而非限制性实施例的燃烧器端盖组件的部分截面的透视图；
图4A是从图4中移除的燃料限流器插件的透视图；以及
图5是从图4中得到的放大的截面细节。
部件列表
10发动机
12压缩机
14燃烧器
16燃烧区
18燃料喷嘴组件
20涡轮
22轴线(旋转体或轴)
24涡轮的第一级
26端盖组件
28、128端盖板
30孔
32、34、132、134内部通道
36、136歧管端口块
38、40多个通路或端口
42、142限流器插件
44、144凸缘
46、146中心区或本体区
48燃料孔或孔口
50沉孔
52平的表面
54螺栓槽口
56螺栓孔
58外部螺纹
60头部
62密封件
146本体部分
具体实施方式
图1是示例性燃气轮机发动机10的示意图。发动机10包括压缩机12和燃烧器14。燃烧器14包括燃烧区16和燃料喷嘴组件18。发动机10还包括涡轮20和由轴线22指示的共同的压缩机/涡轮轴(有时称为转子)。在某些涡轮发动机中，在涡轮转子的周围存在布置成环形阵列的多个燃烧器14，它们中的全部都将燃烧气体供应给涡轮的第一级24。
在运行中，空气流过压缩机12，并且压缩空气供应给燃烧器14。具体而言，大量压缩空气供应给固定到燃烧器14的头部端上的燃料喷嘴组件18。燃料喷嘴组件18将燃料和空气引导到燃烧区16，在燃烧区16中，燃料/空气被点燃。燃烧气体供应给涡轮20，在涡轮20中，气体流热能转换成机械旋转能。
图2、3和3A示出了根据本发明的第一个示例性而非限制性实施例的新的端盖组件和限流器设计。显示了端盖组件26包括设有孔30阵列的端盖板28，板通过孔30而安装到燃烧器的头部端处。端盖板28还形成有内部通道32、34(图3)，预混合燃料通过内部通道32、34而供应给燃烧器喷嘴。虽然显示了仅两个内部通道，但是将理解，内部通道的数量是对应用专有的。在一个实例中，存在将预混合燃料供应给五个径向外部喷嘴和单个中心喷嘴的六个内部通道。燃料歧管端口块36通过诸如螺栓或其它紧固件的任何适当的机构来固定到端盖板28的冷侧(即在燃烧室的外部且背向燃烧室的那侧)上。块36设有适于与端盖板中的通道32和34对准的多个通路或端口(在38、40处示出了两个)。管或其它管道(未显示)在端口37a、37b和37c处连接到燃料歧管端口块36上，以将预混合燃料供应给支承在端盖板28的“热侧”上的喷嘴。
在燃料歧管端口块36和端盖板28(在端盖板的冷侧上)之间的接口处，存在承座于端盖板中的燃料孔口或限流器插件42。尤其参照图3A，各个燃料限流器插件42形成有从中心区46向外凸出的凸缘44，在中心区46中形成燃料流动孔或孔口48。燃料孔或孔口48的数量可有所改变，但是必须满足有效燃料面积要求，如本领域技术人员理解的那样。在代表性实例中，在燃料限制器中形成四个或五个燃料孔口48。中心区46比周围凸缘44具有更大的厚度，并且大小设置成较宽松地装配在通道32、34的膛孔内，径向凸缘44承座于形成于端盖板28中的浅沉孔50中，使得径向凸缘44定位成与端盖板28和燃料歧管端口块36的基本平的表面52齐平，并且在端盖板28和燃料歧管端口块36的基本平的表面52之间提供密封表面。将理解，当燃料歧管端口块36栓接到端盖板28上(通过例如穿过螺栓槽口54和螺栓孔56的螺栓)时，通过螺栓所施加的夹持力将限流器插件42保持就位，使得凸缘44在燃料歧管端口块36和端盖板28之间形成有效密封，使得在限流器插件的周围没有预混合燃料泄漏。
转到图4和4A，第二个示例性而非限制性实施例利用了基本类似的端盖板128和燃料歧管端口块136，它们修改成容纳在与端盖板128的冷侧的接口处直接附连到燃料歧管端口块136上的限流器插件142。注意，在图4和4A中使用的参考标号对应于用来标明图3和3A中的对应的元件的那些，但是添加了前缀“1”。
具体而言，燃料歧管端口块136以与上面描述的相同的方式栓接到端盖板128，所述端盖板128通过孔130安装到燃烧器的头部端处。但是，在这个实施例中，若干个限流器插件142各自形成为包括本体部分146，本体部分146具有设置在从本体部分沿径向凸出仅少量的径向凸缘144上的外螺纹58。这个布置使得限流器能够旋到歧管端口块136中的通道132、134的有互补性螺纹的端部中。插件142的头部60位于端口块的表面的正下方，使得在组装之后，其余的暴露的内凹螺纹可被桩定，以防止插件142从端口块136“退出”。端盖板128中的对准的沉孔接收密封件62，在通过上面描述的但此处未显示的组装螺栓而组装好之后，密封件62在端盖板128和端口块136之间密封。限流器插件142中的燃料孔或孔口148的数量和布置如之前描述的那样仍然可变。
燃料限流器插件42、142可由具有或没有增强密封特性的镀层(例如银、金或铝)的适当的金属材料制成，例如黄铜或不锈钢。备选地或以结合的方式，可将弹性材料添加到合成物中，以进一步增强密封功能。
虽然结合目前认为是最实际和优选的实施例来描述了本发明，但是将理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反，本发明意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (15)

1.一种用于涡轮燃烧器(14)的、适于支承一个或多个燃烧器喷嘴(18)的端盖组件(26)，所述端盖组件包括：
具有在使用中面向燃烧室的一侧和在使用中背向所述燃烧室的相反侧的基本平的板；延伸通过所述基本平的板的至少一个燃料通道；燃料歧管端口块，其固定到所述基本平的板的所述相反侧上，至少一个端口(38)与所述至少一个燃料通道对准；以及形成有多个流动孔口的燃料限流器插件，其位于所述基本平的板和所述燃料歧管端口块之间与所述至少一个燃料通道和所述至少一个端口(38)对准。
2.根据权利要求1所述的端盖组件，其特征在于，所述至少一个燃料通道包括至少六个通道。
3.根据权利要求1所述的端盖组件，其特征在于，各个所述至少一个燃料通道形成有包围相应的所述至少一个燃料通道的浅沉孔(50)，并且其中，所述燃料限流器插件形成有承座于所述浅沉孔(50)中的周缘凸缘(44)和承座于所述一个燃料通道中的一个中的中心区(46)。
4.根据权利要求3所述的端盖组件，其特征在于，所述周缘凸缘(44)与所述相反侧基本齐平。
5.根据权利要求3所述的端盖组件，其特征在于，所述多个流动孔口(48)包括形成于所述中心区(46)中的至少四个通道。
6.根据权利要求1所述的端盖组件，其特征在于，所述燃料限流器插件旋到所述燃料歧管端口块中的所述至少一个端口中。
7.根据权利要求6所述的端盖组件，其特征在于，当燃料歧管固定到所述基本平的板上时，密封件(62)承座于包围所述燃料限流器插件的所述基本平的板中的对准的沉孔中，并且接合在所述基本平的板和所述燃料歧管端口块之间。
8.根据权利要求1所述的端盖组件，其特征在于，所述燃料限流器插件由镀覆金属的材料构建而成。
9.根据权利要求1所述的端盖组件，其特征在于，所述燃料限流器插件镀覆有金、银或铝。
10.一种用于涡轮燃烧器的、适于支承一个或多个燃烧器喷嘴的端盖组件(26)，所述端盖组件包括：
具有在使用中面向燃烧室的一侧和在使用中背向所述燃烧室的相反侧的基本平的端盖板；延伸通过所述基本平的端盖板的多个预混合燃料通道；燃料歧管端口块，其固定到所述基本平的端盖板的所述相反侧上，端口连接到所述多个预混合燃料通道中的各个上；以及形成有多个流动孔口的燃料限流器插件，其在所述端盖板中的所述多个预混合燃料通道和所述燃料歧管端口块中的各个端口之间的接口处固定到所述燃料歧管端口块上。
11.根据权利要求10所述的端盖组件，其特征在于，当所述燃料歧管端口块固定到所述基本平的端盖板上时，密封件(62)承座于包围所述燃料限流器插件的所述基本平的端盖板中的对准的沉孔中，并且接合在所述基本平的端盖板和所述燃料歧管端口块之间。
12.根据权利要求10所述的端盖组件，其特征在于，所述燃料限流器插件旋到所述燃料歧管端口块中。
13.根据权利要求10所述的端盖组件，其特征在于，所述燃料限流器插件由镀覆金属的材料构建而成。
14.根据权利要求13所述的端盖组件，其特征在于，所述燃料限流器插件镀覆有金、银或铝。
15.根据权利要求10所述的端盖组件，其特征在于，所述燃料歧管端口块栓接到所述基本平的端盖板上。
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